[發明專利]多晶硅生產過程中的熱能利用系統和方法

有效

• 申請號: 201611087119.2
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108117079B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 王惠;張偉;宋高杰;董越杰;胡啟紅;王兵
• 申請（專利權）人: 新特能源股份有限公司
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03;F22B1/18
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

本發明提供一種多晶硅生產過程中的熱能利用系統，其包括閃蒸槽、還原爐水泵、冷水泵進口調節閥、冷水泵、冷水換熱器、熱水泵進口調節閥和熱水泵。相應地，提供一種多晶硅生產過程中的熱能利用方法。本發明能夠在多晶硅生產過程中的吸附柱再生環節減少甚至避免高溫高壓蒸汽的消耗，從而節約了運行成本。

技術領域

本發明涉及多晶硅生產技術領域，具體涉及一種多晶硅生產過程中的熱能利用系統和一種多晶硅生產過程中的熱能利用方法。

背景技術

多晶硅是太陽能光伏行業的基礎材料。目前，多晶硅生產主要采用改良西門子法(即三氯氫硅還原法)，其基本原理是：以SiHCl₃(三氯氫硅：trichlorosilane，簡稱為TCS)和H₂為原料，按照一定比例在還原爐內進行氣相沉積反應，并采用電加熱載體使還原爐內達到反應溫度，具體的反應溫度為1080℃～1100℃，產生的多晶硅晶體顆粒在硅芯上沉積生長，從而得到高純度的棒狀多晶硅。其中，還原爐為鐘罩式還原爐。

此外，由于還原爐中的溫度等條件很難達到均一，導致實際的還原過程十分復雜，并伴隨副反應發生，從而使得還原尾氣中的成分較為復雜，主要包括H₂、HCl氣體、氣相氯硅烷和微量雜質，其中氣相氯硅烷包括SiHCl₃(也稱為TCS)、SiCl₄(也稱為STC)和SiH₂Cl₂(也稱為DCS)的混合氣。雖然還原尾氣的成分復雜，但其中的其他干擾雜質較少，可利用尾氣回收工序將還原尾氣中的H₂分離、提純后，再送入還原爐繼續參與還原反應。

在采用改良西門子法生產多晶硅的過程中，必須采用冷卻水對還原爐進行降溫才能保證設備溫度不致過高而發生事故，從還原爐的爐筒輸入的冷卻水吸收了爐筒溫度之后形成高溫高壓的冷卻水回水輸出，然后送入閃蒸槽中進行減壓閃蒸，從而產生低溫低壓的蒸汽；經減壓閃蒸后，高溫高壓的冷卻水回水的部分熱量被產生的蒸汽帶走，溫度和壓力得以降低，再通過水泵將其打回還原爐的爐筒內繼續參與循環降溫，而其中產生的低溫低壓的蒸汽可通過管網送至下游工序使用。但是，由于所述低溫低壓蒸汽的熱值低、品質差、含水量較高，輸送過程中沿途排放的冷凝液多，浪費較大。

同時，利用吸附柱對還原尾氣中分離出來的H₂進行純化處理(吸附)，以將其中混合的HCl氣體、氣相氯硅烷和微量雜質去除。經過一個吸附周期后，吸附柱的吸附量達到飽和，需要在高溫條件下對其進行吹掃、再生。

具體地，當吸附柱處于吸附狀態時，通過冷水泵向吸附柱提供低溫的冷水以對其進行降溫，而吸收了吸附柱熱量的冷水的溫度得以上升，需通過冷水換熱器進行降溫后再返回吸附柱以參與冷水循環，其中，冷水換熱器中的冷卻介質為低溫循環水。而且，在冷水循環時，由于長時間循環過程中存在揮發和損失，需要一定量的補水。

當吸附柱處于再生狀態時，通過熱水泵向吸附柱提供高溫的熱水以對其進行加熱再生，而吸收了吸附柱冷量的熱水的溫度得以降低，需通過蒸汽換熱器進行加熱后再返回吸附柱以參與熱水循環，其中，蒸汽換熱器中的加熱介質為高溫高壓的蒸汽。

由于吸附柱再生時需要高溫高壓的蒸汽、吸附時需要補水，現有技術中一般采用冷凝液儲罐-膨脹槽來提供所需的高溫高壓蒸汽和補水。具體地，將高溫高壓的蒸汽通入冷凝液儲罐-膨脹槽，使得膨脹槽內既存在高溫高壓的蒸汽，又存在蒸汽的冷凝液，其中，高溫高壓的蒸汽通入前述蒸汽換熱器，用于加熱所述吸收了吸附柱冷量的熱水，以及為冷水泵和熱水泵提供背壓，而蒸汽的冷凝液用于為前述冷水循環提供補水。膨脹槽上的高溫蒸汽閥門應保持打開狀態，當膨脹槽內的冷凝液不足以為前述冷水循環提供補水時，需將其中額外的高溫高壓的蒸汽冷凝為冷凝液。